CN107545293A - 一种兼容无线充电的非接触智能卡芯片实现方法及结构 - Google Patents

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马哲
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Abstract

本发明公开了一种兼容无线充电的非接触智能卡芯片实现方法及结构，其实现主要利用智能卡芯片内部的自动谐振参数选择电路，在ISO/IEC 14443标准的谐振频率13.56MHz与A4WP标准的谐振频率6.78MHz之间进行周期性的切换，并且由能量检测电路对获取的能量进行判别，确定智能卡是否处于所支持的谐振频率的电磁场中、处于哪种谐振频率的电磁场环境中，从而实现了兼容无线充电的非接触智能卡。

Description

一种兼容无线充电的非接触智能卡芯片实现方法及结构
技术领域
本发明属于非接触智能卡芯片设计领域，具体涉及一种兼容无线充电的非接触智能卡芯片实现方法，其对非接触智能卡芯片的传统设计进行局部创新，通过对电磁场谐振频率的判别，实现了兼容ISO/IEC 14443、A4WP两种谐振频率标准的新型智能卡芯片。
背景技术
支持ISO/IEC 14443标准的非接触智能卡芯片，其通常是通过芯片内的谐振电容、与芯片外的谐振电感实现LC谐振系统，其谐振频率设计为ISO/IEC 14443需求的13.56MHz，芯片内部由整流电路进行能量获取、并提供芯片内核电路工作。
当前的非接触智能卡、或者双界面智能卡有一些扩展应用，如可视卡，其通过在智能卡基上集成封装了储能电池，为可视卡的LCD提供能量，而由于封装的轻薄需求，往往储能电池的体积不能过大、从而电池能量也受到限制，如果智能卡具备了为此电池充电的功能，则可以大大缓解此矛盾，而且可以进一步减小储能电池的容量、体积。
另外，基于当前的无线充电标准、技术的快速发展，其中的A4WP的无线充电联盟的无线充电电磁谐振频率为6.78MHz，距离ISO/IEC 14443标准的13.56MHz比较接近、可以较容易的通过改变非接触智能卡芯片内部、或外部的谐振元件参数实现谐振频率的变换，从而可以实现兼容了A4WP标准的智能卡芯片的设计。
发明内容
针对ISO/IEC 14443标准的谐振频率13.56MHz、以及A4WP标准的充电谐振频率6.78MHz，其谐振点较近的特点，在智能卡芯片中通过周期性的控制、检测、判别的方式实现了对非接触智能卡芯片所处电磁场的判别，从而可以即实现ISO/IEC 14443的通信、交易需求，也可以实现兼容A4WP无线充电的功能需求。
本发明方法的实现主要包括：周期切换计时模块、谐振频率切换控制模块、能量检测判断模块、模式识别模块：
周期切换计时模块：实现计时功能，计时达到预置值后，输出信号进行翻转。其中本计时模块通常由时钟模块、计数单元构成，属于本领域的通用功能模块。
谐振频率切换控制模块：实现智能卡芯片的谐振频率切换功能，在周期计时模块输出信号翻转时，谐振频率切换控制模块通过变换芯片的可调谐振电容，实现智能卡芯片的谐振频率切换。其中，本谐振频率切换控制模块，通过周期切换计时模块的输出信号作为触发，对智能卡芯片内的谐振电容参数进行切换，从而实现智能卡芯片谐振参数在ISO/IEC14443规定的13.56MHz、A4WP规定的6.78MHz之间变换，如果13.56MHz、6.78MHz其中一种谐振频率的电磁场存在，则智能卡芯片将能够以其频率起振，并能够由能量检测模块检测当前的能量。对于谐振频率切换控制模块，其不限于通过切换智能卡芯片内部的谐振电容参数实现智能卡谐振频率的切换，其可以通过切换智能卡芯片内部的谐振电感、或者智能卡芯片外部的谐振电感、谐振电容实现智能卡的谐振频率在13.56MHz、6.78MHz之间切换。具体的电容、电感参数的切换方法属于本领域专业人员的通用知识。
能量检测模块：实现当前电磁场能量的大小判别功能。
模式识别模块：通过谐振频率切换控制模块的输出信号，以及能量检测模块的输出信号，判断出智能卡芯片处于ISO/IEC14443规定的13.56MHz、A4WP规定的6.78MHz哪种谐振频率的电磁场中。
其中的周期切换计时模块，计时周期预置值根据ISO/IEC 14443协议规定的寻卡间隔内进行合理设置，从而即可以满足ISO/IEC 14443所需的寻卡需求，也能够满足A4WP电磁场的检测需求。
其中的能量检测模块，对非接触智能卡芯片中的整流电路的整流能量进行检测、判别，从而判别当前智能卡芯片是否处于电磁场中；能量检测方式可采用电流、电压检测的方法实现，具体实现方法属于本领域专业人员通用知识。
其中的模式识别单元，其根据谐振频率切换控制模块选择的谐振电容参数、以及能量检测模块的检测输出信号，可以判别是否处于13.56MHz、6.78MHz的哪种电磁场中，输出标志信号，由智能卡芯片系统锁定此状态，关闭周期切换计时模块、并将其计数清零，芯片系统进行后续对应的应用处理，待应用处理完成后，芯片系统将再次开启以上周期切换计时模块；例如：如果模式识别单元判断为13.56MHz的电磁场，则将标志信号输出给芯片系统，芯片系统将进行13.56MHz对应的ISO/IEC 14443的协议处理流程、进行后续的应用交易等，待完成应用交易后，芯片系统将再次开启周期切换计时模块，并处于模式检测判别状态。
其中，在非接触智能卡芯片待机状态下，周期切换计时模块、谐振频率切换控制模块、能量检测判断模块、模式识别模块均工作于如前描述的可视卡等具有储能电池的供电电源下。
附图说明
图1是一种兼容无线充电的非接智能卡芯片实现方法的实施功能框图。
图2本发明的一个实施例的信号时序说明。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于理解，下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。
如图1中所示的本发明的各功能模块，周期切换计时模块通过计时器达到预置的目标值后，其输出发生反转，谐振频率切换控制模块将通过变换芯片内谐振电容参数的方式进行智能卡芯片谐振频率的变换，能量检测判断模块实时检测能量大小，如果达到能量检测判断模块的检测阈值，则其输出信号为高电平，从而模式识别模块将通过当前的谐振频率是13.56MHz、6.78MHz的哪一种，判断出当前智能卡芯片是处于哪种电磁场中，并且将判断结果输出到芯片系统，由芯片系统对本发明中的各模块状态进行锁定，并且将周期切换计时模块关闭、将其中的计数器清零，随后芯片系统将进入对应的协议处理流程中，待相应的协议处理完成后，芯片系统将再次开启本发明中的各个模块，从而再次进行待机模式检测状态。
如图2中的时序说明，其具体实施过程如下：
周期切换计时模块输出的初始值设定为“低”电平，经过预置的计时周期后，翻转为“高”电平输出，非接触智能卡的谐振参数初始值为6.78MHz，对应于A4WP的协议谐振频率，在周期切换计时模块的输出翻转为“高”后，谐振频率切换控制模块将非接触智能卡的谐振频率切换为13.56MHz，对应于ISO/IEC14443的协议谐振频率，其中的能量检测判断模块实时处于能量检测状态，如图中所示，在非接触智能卡谐振频率处于13.56MHz期间，能量检测判别模块输出由“低”翻转为“高”，说明此时的能量达到了能量检测判别模块的检测阈值，据此模式识别模块综合了当前非接触智能卡谐振频率为13.56MHz、且能量检测判别模块输出为“高”，模式识别模块判断出当前非接触智能卡芯片处于符合ISO/IEC 14443标准的电磁场中，且将此判断输出该芯片系统，此时芯片系统将本发明中的各模块状态锁定，且将周期切换计时模块关闭、将其计数器清零，然后芯片系统进入ISO/IEC14443的协议处理状态；待芯片系统将ISO/IEC 14443的协议处理完成后，芯片系统将重新开启本发明的各个模块，并再次进入待机模式检测状态。
如图2中所述的实施例中，谐振参数初始值为6.78MHz，本发明不限于此谐振参数初始值，也可将谐振参数初始值设定为13.56MHz、即优先兼容ISO/IEC 14443标准，其后续的操作流程与初始值设定为6.78MHz的相当，本行业的技术人员应当了解。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所述的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种兼容无线充电的非接触智能卡芯片实现结构，结构包括周期切换计时模块、谐振频率切换控制模块、可调谐振电容、能量检测判断模块、模式识别模块，其中：
周期切换计时模块：实现计时功能，计时达到预置值后，输出信号进行翻转；
谐振频率切换控制模块：实现智能卡芯片的谐振频率切换功能，在周期计时模块输出信号翻转时，谐振频率切换控制模块通过变换芯片的可调谐振电容，实现智能卡芯片的谐振频率切换；
能量检测模块：实现当前电磁场能量的大小判别功能；
模式识别模块：通过谐振频率切换控制模块的输出信号，以及能量检测模块的输出信号，判断出智能卡芯片处于ISO/IEC14443规定的13.56MHz、A4WP规定的6.78MHz哪种谐振频率的电磁场中。
2.一种兼容无线充电的非接触智能卡芯片实现方法，基于权利要求1所述的结构，其主要通过如下步骤实现：
步骤1：周期切换计时模块通过计时器达到预置的目标值后，其输出发生反转；
步骤2：谐振频率切换控制模块将通过变换芯片内谐振电容参数的方式进行智能卡芯片谐振频率的变换；
步骤3：能量检测判断模块实时检测能量大小，如果达到能量判别电路的检测阈值，则其输出信号为高电平；
步骤4：模式识别模块将通过当前的谐振频率是13.56MHz、6.78MHz的哪一种，判断出当前智能卡芯片是处于哪种电磁场中，并且将判断结果输出到芯片系统，由芯片系统对周期切换计时模块、振频率切换模块、能量检测判断模块、模式识别模块的状态进行锁定，并且将周期切换计时模块关闭、将其中的计数器清零，随后芯片系统将进入对应的协议处理流程中，待相应的协议处理完成后，芯片系统将再次开启本发明中的各个模块，从而再次进行待机模式检测状态。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述周期切换计时模块，其计时周期预置值根据ISO/IEC 14443协议规定的寻卡间隔内进行合理设置，从而即可以满足ISO/IEC 14443所需的寻卡需求，也能够满足A4WP电磁场的检测需求。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述谐振频率切换控制模块，其通过周期切换计时模块的输出信号作为触发，对智能卡芯片内的谐振电容参数进行切换，从而实现智能卡芯片谐振参数在ISO/IEC 14443规定的13.56MHz、A4WP规定的6.78MHz之间变换，如果13.56MHz、6.78MHz其中一种谐振频率的电磁场存在，则智能卡芯片将能够以其频率起振，并能够由能量检测模块检测当前的能量。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述能量检测判断模块，对非接触智能卡芯片中的整流电路的整流能量进行检测、判别，从而判别当前智能卡芯片是否处于电磁场中。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述模式识别单元，其根据谐振频率切换控制模块选择的谐振电容参数、以及能量检测模块的检测输出信号，可以判别是否处于13.56MHz、6.78MHz的哪种电磁场中，输出标志信号，由智能卡芯片系统进行后续对应的应用处理。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述谐振频率切换控制模块不限于通过切换智能卡芯片内部的谐振电容参数实现智能卡谐振频率的切换，其可以通过切换智能卡芯片内部的谐振电感、或者智能卡芯片外部的谐振电感、谐振电容实现智能卡的谐振频率在13.56MHz、6.78MHz之间切换。
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